第40卷第6期 2016年11月佳迪达化工
燕山大学学报
Journal of Yanshan University
usb视频设备Vol. 40 No. 6
Nov. 2016
文章编号：1〇〇7-791X( 2016) 06-0481-06
白明华李路叶，徐宽，韩少峰，吕建超，董京波
(燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心，河北秦皇岛066004)
间硝基苯甲酸摘要：在氢气直接还原铁竖炉内氢气的利用率较低，故在竖炉上部增加吹氧装置来实现炉内物理能和化学能 的最佳利用，提高氢气利用率。通过计算流体力学软件模拟氢气竖炉和吹氧竖炉还原段的温度场、气体分布，计算出炉内能量的消耗。结果表明，在还原段上部7 m处吹氧，每还原出1 t铁的吹氧量为26.
78 Nm3，吹氧竖 炉与氢气竖炉相比：氢气利用率提高33.43%，氢气用量减少22.08%，炉顶气还原势降低61.84%，能耗减少
14.72%，吹氧周围及上部炉料温度有所升高。
关键词：直接还原；氢气；吹氧；温度场；利用率
中图分类号：TF554 文献标识码：A DQI:10.3969/j.issn.1007-791X.2016.06.002
0引言
竖炉以对流移动床的方式工作，还原气通常 为焦炉煤气、天然气、煤制气等[|2]。随着全球变 暖和环境污染的日益加剧，钢铁工业对低碳环保、节能减排的要求越来越高，氢气还原铁矿石的绿 炼铁工艺成为未来的发展趋势[35]。但氢气在 参与还原反应时为强吸热反应，导致热平衡需气 量远大于还原反应需气量[67]，造成炉内化学能和 物理能（物理热）的严重不匹配，致使纯氢的利用 率仅为23%左右[810]，造成资源浪费。塑料袋泳衣
针对还原气利用率低的问题，前人采用尾气 循环利用[11]或在还原气中混人一定量的氧气[1214]来解决，虽可以适当地提高利用率，但增加了额外 设备，造成生产成本的提高。
本文采用Midrex竖炉模型，在竖炉上部增加 吹氧装置，燃烧一部分未参与还原反应的还原气, 且反应产生的燃烧热将给上部炉料进行预热，从 而降低了能量的消耗。利用Fluent软件采用滑移 网格技术模拟竖炉还原过程，得到了吹氧对炉内 还原段温度场、炉内气体成分、氢气利用率的影 响，为未来采用氢气还原铁矿石的绿持续发展之路提供一•定的理论基础。
1氢气竖炉需氢量的理论计算
1.1化学平衡的需氢量
在:T>843 K时，炉内还原反应分三步进行，即Fe203—Fe3044Fe0—Fe。在竖炉达到稳态时，还 原段大部分区域的温度大于890 K(纯氢还原时关 键步骤的转化温度），故还原气的最低需气量和最 高综合气体利用率由Fe0—F e的实际需气量和热 力学利用率决定。
在Fe0—F e的还原过程中，为保证必要的还 原性气氛，每还原出1mol铁最低需氢量M3为
此时其他步骤则处于还原气过剩状态，故每还原 出1t铁化学平衡的需氢量F化为
4 = m i〇_3⑵
PONXL
式中，匕为气体摩尔体积（L/mol) ;M f。为1t铁的 摩尔数(mol)。
在r=1 093 K时，每还原出1t铁的最低需氢
收稿日期：2016-06-22 基金项目：科技型中小企业技术创新基金无偿资助项目（12C26211300726)；河北省科技型中小企业技术创新资金项目（12C1303351003)
作者简介：*白明华（1950-)，男，黑龙江龙江人，教授，主要研究方向为重型机械，Email:bmh@ysu.edu.oi 。
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